HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ - GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEM docx

http://www.ebook.edu.vn Hệ thống thông tin địa lý - GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEM Các kỹ thuật phân tích không gian (spatial analytical technicques) có nhiệm vụ phân tích theo trật tự và tổ hợp không gian của các hiện tợng hoặc các yếu tố (tự nhiên - kinh tế - xã hội). Mối liên quan đó đợc cụ thể bằng trật tự không gian địa lý, nghĩa là mọi hiện tợng và tính chất của các yếu tố cần phải đợc bản đồ hóa. Bản đồ là cách trình bày cụ thể nhất trong không gian hai chiều các tính chất, vị trí, mối liên hệ và trật tự trong không gian của các đối tợng hoặc hiện tợng cần nghiên cứu. Tuy nhiên do có nhiều cách trình bày bản đồ khác nhau nên dẫn đến sự khó khăn trong việc xử lý mối quan hệ không gian giữa các lớp thông tin. Trong hơn một thập kỷ qua, hệ thống thông tin địa lý đã đợc phát triển mạnh mẽ và ngày càng thêm hoàn thiện. Với những u thế của mình, hệ thông tin địa lý- geographical information system ( HTTĐL) là một môi trờng có khả năng quản lý hệ thống cơ sở dữ liệu và xử lý chính xác các lớp thông tin trong mối quan hệ không gian giữa chúng. HTTĐL có khả năng bổ sung, đo đạc và tự động tính toán chính xác về mặt định lợng các thông tin trên bản đồ, cùng các thuộc tính của chúng, đồng thời có thể đa ra các tính toán dự báo. 1.1. Các khái niệm cơ bản về HTTĐL 1.1.1. Định nghĩa Hệ thông tin địa lý (HTTĐL)- Geographical information system ( GIS) là một tổ chức tổng thể của bốn hợp phần: phần cứng máy tính, phần mềm, t liệu địa lý và ngời điều hành đợc thiết kế hoạt động một cách có hiệu quả nhằm tiếp nhận, lu trữ, điều khiển, phân tích và hiển thị toàn bộ các dạng dữ liệu địa lý. HTTĐL có mục tiêu đầu tiên là xử lý hệ thống dữ liệu trong môi trờng không gian địa lý. (Viện nghiên cứu môi trờng Mỹ - 1994). Một định nghĩa khác có tính chất giải thích, hỗ trợ là: HTTĐL là một hệ thống máy tính có chức nănng lu trữ và liên kết các dữ liệu địa lý với các đặc tính của bản đồ dạng đồ họa, từ đó cho môt khả năng rộng lớn về việc xử lý thông tin, hiển thị thông tin và cho ra các sản phẩm bản đồ, các kết quả xử lý cùng các mô hình (antenucci 1991) Một con đờng hoặc con sông, con suối thờng đợc biểu diễn bằng các yếu tố đờng, mặc dù trong thực tế có thể đo đợc cả độ rộng và chiều dài của chúng trên bản đồ. Các đối tợng tự nhiên thờng đợc thể hiện bằng các đờng, cung, vùng, điểm, tuỳ theo các đặc trng cụ thể mà chúng đợc thể hiện theo các hình mẫu cụ thể. http://www.ebook.edu.vn Hình 1. Mô tả một số khái niệm vector nguồn Một số khái niệm chính đợc cụ thể trong định nghĩa này nh sau: Đờng (line): là các đối tợng có một kích thớc. Đoạn thẳng (line segment): là đờng nối trực tiếp giữa hai điểm. Đờng gấp khúc: là các đọan thẳng nối liên tục, có thể khác hớng song không có điểm nối hoặc có thể điểm nối ở một phía (phải hoặc trái). Đờng gấp khúc có thể cắt qua chính nó hoặc cắt các đờng khác. Cung (area) là một đoạn tập hợp các điểm tạo nên một dạng đờng cong mà đờng cong đó đợc xác định bằng một hàm toán. Đoạn nối (link) là đối tợng có một kích thớc nối giữa hai nút. Đoạn nối cũng đợc hiểu là đờng gờ (edges) hay đờng viền. Đoạn nối trực tiếp : là đoạn nối giữa hai nút với một hớng nhất định. Dây xích (chain): là sự nối liên tục của các đoạn thẳng không cắt nhau hoặc giữa các cung với các nút ở cuối mỗi cung. Các nút có thể nằm ở bên phải hay bên trái là không bắt buộc Vùng: là đặc điểm thể hiện hai kích thớc cả vị trí và diện tích, là đối tợng xác định về mặt ranh giới, liên tục và có hai kích thớc. Nó có thể bao gồm cả phần bên hoặc không 1.1.2. Cấu trúc của HTTĐL HTTĐL bao gồm các hợp phần cơ bản nh sau: tài liệu không gian, ngời điều hành, phần cứng, phần mềm (hình 2). http://www.ebook.edu.vn Hình 2. Mô hình tổ chức của HTTĐL Dữ liệu không gian: Dữ liệu không gian cỏ thể đến từ nhiều nguồn, có các nguồn t liệu sau: số liệu tính toán thống kê, báo cáo, các quan trắc thực địa, ảnh vệ tinh, ảnh máy bay, bản đồ giấy (dạng analog). Kỹ thuật hiện đại về viễn thám và HTTĐL có khả năng cung cấp thông tin không gian bao gồm các thuộc tính địa lý, khuôn dạng dữ liệu, tỷ lệ bản đồ và các số liệu đo đạc. Việc tích hợp các t liệu địa lý từ nhiều nguồn khác nhau là đặc điểm cơ bản của một phần mềm HTTĐL. Thông thờng, t liệu không gian đợc trình bày dới dạng các bản đồ giấy với các thông tin chi tiết đợc tổ chức ở một file riêng. Các t liệu đó không đáp ứng đợc các nhu cầu hiện nay về t liệu không gian là vì những lý do sau: Đòi hỏi không gian lu trữ rất lớn, tra cứu khó khăn. Để nhập và khai thác dữ liệu, nhất thiết phải liên kết đợc với các thông tin địa lý trên bản đồ và các dữ liệu thuộc tính khác đợc lu trữ riêng biệt và điều này trở nên rất khó khăn với hình thức lu trữ dạng kho hoặc th viện. Các khuôn dạng lu trữ truyền thống thờng không tơng thích với các tiêu chuẩn dữ liệu hiện nay. Thay thế cho các dữ liệu dạng truyền thống, hiện nay t liệu dạng số với một khối lợng rất lớn có thể đợc lu trữ trong các đĩa CD, tơng ứng với những khối lợng rất lớn của t liệu analoge. T liệu số còn cho khả năng xử lý tự động trên máy tính. Nh vậy, HTTĐL là sự phát triển đặc biệt để sử dụng công nghệ và nghệ thuật máy tính trong việc xử lý t liệu không gian dạng số. Ngời điều hành Vì HTTĐL là một hệ thống tổng hợp của nhiều công việc kỹ thuật, do đó đòi hỏi ngời điều hành phải đợc đào tạo và có kinh nghiệm trong nhiều lĩnh vực. Ngời điều hành là một phần không thể thiếu đợc của HTTĐL. Hơn nữa sự http://www.ebook.edu.vn phát triển không ngừng của các kỹ thuật phần cứng và phần mềm đòi hỏi ngời điều hành phải luôn đợc đào tạo. Những yêu cầu cơ bản về ngời điều hành bao gồm các vấn đề sau: Có kiến thức cơ bản về địa lý, bản đồ, máy tính và công nghệ thông tin: Việc đào tạo cơ bản về địa lý cung cấp khả năng khai thác các đặc điểm không gian (spatical process) và các quá trình không gian, đồng thời phát hiện đợc mối quan hệ không gian giữa các hợp phần. Bản đồ học cung cấp các hiểu biết về thiết kế bản đồ, lập bản đồ (ví dụ: Lới chiếu bản đồ, hệ thống tọa độ, các mẫu ký tự trên bản đồ và các kỹ thuật in ấn). Khoa học về máy tính và thông tin cung cấp các kiến thức cơ bản về phần cứng máy tính và vận hành thông thạo các chơng trình liên kết phần cứng. Có kinh nghiệm trong việc sử dụng các phần mềm HTTĐL: việc đào tạo các phần mềm chủ yếu thờng tập trung vào việc xử lý HTTĐL, lập trình cơ bản, quản lý cơ sở dữ liệu và một số công việc khác có liên quan đến tích hợp thông tin. Có hiểu biết nhuần nhuyễn về dữ liệu: hiểu về nguồn dữ liệu, nội dung và độ chính xác của dữ liệu, tỷ lệ bản đồ nguyên thủy và các số liệu đo đạc của tập dữ liệu, cấu trúc của dữ liệu. Có khả năng phân tích không gian. Yêu cầu đợc đào tạo về các phơng pháp xử lý thống kê và xử lý định tính trong địa lý, việc đào tạo cho ngời xử lý có thể lựa chọn phơng pháp tốt nhất để phân tích và áp dụng nhằm đa ra kết quả tốt nhất. Các yêu cầu trên là cần thiết đối với ngời điều hành HTTĐL. Các huấn luyện chi tiết sẽ tùy thuộc nội dung và mục tiêu cũng nh khả năng của máy tính và phần mềm để lực chọn những chơng trình đào tạo thích hợp. Phần cứng (máy tính và thiết bị ngoại vi) Phần cứng của một HTTĐL bao gồm các hợp phần sau: Bộ xử lý trung tâm (CPU), thiết bị nhập dữ liệu, lu dữ liệu và thiết bị xuất dữ liệu. Bộ xử lý trung tâm (central processing unit - CPU): hệ thống điều khiển, bộ nhớ, tốc độ xử lý là những yếu tố quan trọng nhất của CPU. Hiện nay xử lý HTTĐL trên nền unix là hệ thống có đủ các chức năng nhất, trong khi với máy CP thì HTTĐL có những chức năng hạn chế hơn. Các hệ xử lý GIS trớc đây, phần lớn đều chạy trong trạm Unix. Trạm Unix cho phép lu trữ cơ sở dữ liệu lớn và nhiều chức năng xử lý khác nhau. Tất nhiên với sự trợ giúp của window NT thì PC cũng có thể so sánh đợc với hệ unix. Ví dụ điểm hình về một hệ thống có hiệu quả là một hệ Unix nhỏ có cài đặt phần mềm ARC/INFO để quản lý và vận hành HTTĐL. Hiện nay, các hệ thống xử lý liên tục đợc nâng cấp và khoảng cách giữa trạm Unix và PC càng hẹp dần. http://www.ebook.edu.vn Nhập, lu dữ và xuất dữ liệu: các thiết bị ngoại vi phục vụ cho việc nhập dữ liệu là: Bàn số hoá, máy quét để chuyển đổi dữ liệu analoge thành dạng số. Hoặc đọc băng và đĩa CD - ROM có nhiệm vụ lấy thông tin hiện có trong băng và đĩa. Các phơng tiện thông dụng là ổ đĩa cứng, ổ đọc băng, ổ đĩa quang có thể ghi và xoá dữ liệu. Thiết bị xuất dữ liệu bao gồm máy in đen trắng và màu, báo cáo, kết quả phân tích, máy in kim (plotter). Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ tin học và điện tử, đặc biệt là khi có thiết bị mạng cho phép san sẻ các chức năng và trao đổi giữa những ngời sử dụng và càng tạo điều kiện cho HTTĐL phát triển. Phần mềm Một hệ thống phần mềm xử lý HTTĐL yêu cầu phải có hai chức năng sau: tự động hoá bản đồ và quản lý cơ sở dữ liệu. Sự phát triển kỹ thuật HTTĐL hiện đại liên quan đến sự phát triển của hai hợp phần này. Tự động hoá bản đồ: bản đồ học là môn khoa học, nghệ thuật và kỹ thuật thành lập bản đồ. Do đó, tự động hoá bản đồ là thành lập bản đồ với sự trợ giúp của máy tính. Một bản đồ là sự thể hiện bằng đồ họa của mối quan hệ không gian và các hình dạng (Pobinson và NNK, 1984) và mỗi một bản đồ là sự mô hình hoá thực tế theo những tỷ lệ nhất định. Mô hình đó yêu cầu biến đổi các số liệu ghi bản đồ thành bản đồ và gồm các công đoạn sau: Lựa chọn, phân loại, làm đơn giản hóa và tạo mẫu ký tự (Den - 1990). Máy tính trợ giúp cho bản đồ học ở nhiều phơng diện nh sau: Trớc hết, bản đồ trong máy tính là dạng số nên dễ dàng chỉnh sửa và việc chỉnh lý đó tốn ít công sức hơn so với việc không có sự trợ giúp của máy tính. Mặc dù việc số hóa có thể dẫn đến nhiều lỗi và làm giảm độ chính xác, song các lỗi đó có thể sửa dễ dàng nếu phát hiện đợc. Khi đó, bản đồ sẽ đợc hoàn thiện và lợng thông tin sẽ đợc nâng lên. Đặc biệt, việc bổ sung thông tin cho bản đồ cũng dễ dàng thực hiện đợc. Thứ hai, quá trình tạo chú giải và các chỉ dẫn lên bản đồ đợc thao tác với tốc độ nhanh nên giá thành thấp. Việc lựa chọn, phân loại và làm đơn giản hóa các đặc điểm bản đồ cũng đợc thực hiện một cách khoa học. Quá trình thiết kế và khái quát hóa bản đồ cũng đợc lập trình và tạo nên các chức năng cụ thể của phần mềm. Kết quả nh mong muốn có thể đạt đợc bởi nhiều cán bộ bản đồ hoặc do chính một cán bộ bản đồ làm trong nhiều thời gian khác nhau. Thứ ba, thiết kế bản đồ có thể đợc hoàn thiện hơn qua việc thử và chỉnh sửa lỗi. Kích thớc, hình dạng hoặc vị trí của chữ hoặc ký hiệu trên bản đồ có thể dễ dàng đợc thay đổi và đa về vị trí chính xác nh mong muốn. Quản lý dữ liệu: chức năng thứ hai của phần mềm HTTĐL là hệ thống quản lý dữ liệu (data base management system DBMS). Hệ thống TTĐL phải có khả năng điều khiển các dạng khác nhau của dữ liệu địa lý đồng thời có thể quản lý hiệu quả một khối lợng lớn dữ liệu với một trật tự rõ ràng. Một yếu tố rất quan trọng của phần mềm HTTĐL là cho khả năng liên kết hệ thống giữa việc tự động hóa bản đồ và quản lý cơ sở dữ liệu. Các tài liệu mô tả cho một vị trí bất kỳ, có thể liên hệ một cách hệ thống với vị trí không gian của chúng. Sự liên kết đó là một u thế nổi bật của việc vận hành HTTĐL: http://www.ebook.edu.vn Thứ nhất: các tài liệu liệu thuộc tính nhất thiết phải đợc thể hiện trên những chi tiết của bản đồ. Ví dụ số liệu về dân số của một thành phố cũng đợc gọi ra một cách tự động mà không cần phải có một sự tra cứu nào khác. Đối với bản đồ học thì công việc tra cứu thờng phải làm độc lập, không thực hiện tự động đợc. Ngoài ra việc bổ sung số liệu cũng đòi hỏi phải đợc cập nhật thờng xuyên nên chỉ HTTĐL mới có thể đáp ứng đợc đầy đủ. Thứ hai: sự thay đổi về những chi tiết bản đồ nhất thiết phải phù hợp với sự thay đổi về tự nhiên thuộc tính. Ví dụ, sự thay đổi về diện tích đô thị về số liệu phải tơng xứng với sự thay đổi về đờng ranh giới thành phố. Khi thay đổi ranh giới thì số liệu tính toán về diện tích cũng tự động đợc thay đổi. 1.2. Các chức năng của phần mềm HTTĐL Một phần mềm HTTĐL các các chức năng cơ bản nh sau: nhập dữ liệu, lu trữ dữ liệu, điều khiển dữ liệu, hiển thị dữ liệu theo cơ sở địa lý và đa ra những quyết định (decision making) (Calkins và Tomlinson 1997). Có thể khái quát về các chức năng đó nh sau: Nhập và bổ sung dữ liệu (entry and updating): Một trong những chức năng quan trọng của HTTĐL là nhập và bổ sung dữ liệu mà công việc đó không tiến hành riêng rẽ. Bất kỳ một hệ thống nào cũng phải cho phép nhập và bổ sung dữ liệu, nếu không có chức năng đó thì không đợc xem là một HTTĐL vì chức năng đó là một yêu cầu bắt buộc phải có. Việc nhập và bổ sung dữ liệu phải cho phép sử dụng nguồn tự liệu dới dạng số hoặc dạng analog. Dạng t liệu không gian nh bản đồ giây hoặc ảnh vệ tinh, ảnh máy bay phải đợc chuyển thành dạng số và các nguồn t liệu số khác cũng phải chuyển đổi đợc để tơng thích với cơ sở dữ liệu trong hệ thống đang sử dụng. Chuyển đổi dữ liệu: chuyển đổi dữ liệu là một chức năng rất gần với việc nhập và bổ sung dữ liệu. Nhiều phần mềm thơng mại cố gắng giữ độc quyền bằng cách hạn chế đa các khuôn dạng dữ liệu theo loại phổ cập. Tuy nhiên ngời sử dụng phải lựa chọn để hạn chế việc phải số hóa thêm những tài liệu hiện đang có ở dạng số. Trong thực tế, cùng một t liệu nhng có thể tồn tại ở nhiều khuôn dạng khác nhau. Vì vậy, đối với t liệu quốc gia, không thể chỉ lu giữ ở một dạng thuộc tính riêng biệt mà cần thiết phải lu giữ ở nhiều khuôn dạng có tích chất phổ biến để sử dụng đợc trong nhiều ứng dụng khác nhau. Nh vậy, một phần mềm HTTĐL cần phải có chức năng nhập và chuyển đổi nhiều khuôn dạng dữ liệu khác nhau. Lu giữ t liệu: Một chức năng quan trọng của HTTĐL là lu giữ và tổ chức cơ sở dữ liệu do sự đa dạng và với một khối lợng lớn của dữ liệu không gian: đa dạng về thuộc tính, về khuôn dạng, về đơn vị đo, về tỷ lệ bản đồ. Hai yêu cầu cơ bản trong việc lu trữ dữ liệu là: thứ nhất là phải tổ chức nguồn dữ liệu sao cho đảm bảo độ chính xác và không mất thông tin, thứ hai là các tài liệu cho cùng một khu vực song các dữ liệu lại khác nhau về tỷ lệ, về đơn vị đo thì phải đợc định vị chính xác và chuyển đổi một cách hệ thống để có thể xử lý hiệu quả. http://www.ebook.edu.vn Điều khiển dữ liệu (data manipulation): Do nhiều HTTĐL hoạt động đòi hỏi t liệu không gian phải đợc lựa chọn với một chỉ tiêu nhất định đợc phân loại theo một phơng thức riêng, tổng hợp thành những đặc điểm riêng của hệ thống, do đó HTTĐL phải đảm nhiệm đợc chức năng điều khiển thông tin không gian. Khả năng điều khỉển cho phép phân tích, phân loại và tạo lập các đặc điểm bản đồ thông qua các dữ liệu thuộc tính và thuộc tính địa lý đợc nhập vào hệ thống. Các thuộc tính khác nhau có thể đợc tổng hợp, nắm bắt một cách riêng biệt và những sự khác biệt có thể đợc xác định, đợc tính toán và đợc can thiệp, biến đổi. Trình bày và hiển thị: Đây cũng là một chức năng bắt buộc phải có của một HTTĐL. Không gian dới dạng tài liệu nguyên thủy hay tài liệu đợc xử lý cần đợc hiển thị dới các khuôn dạng nh: chữ và số (text), dạng bảng biểu (tabular) hoặc dạng bản đồ. Các tính toán chung và kết quả phân tích đợc lu giữ ở dạng chữ và số để dễ dàng in ra hoặc trao đổi giữa các lỗ phần mềm khác nhau. Các dữ liệu thuộc tính có thể đợc lu ở dạng bảng biểu hoặc các dạng cố định khác. Bản đồ đợc thiết kế để hiển thị trên màn hình hoặc lu dới dạng điểm (plot file) để in. Nh vậy, hiển thị và in ra là những chức năng rất cần thiết của một HTTĐL. Phân tích không gian: Trớc đây, chỉ có 5 chức năng mô tả ở trên là đợc tập trung, phát triển bởi những ngời xây dựng HTTĐL. Chức năng thứ sáu là phân tích không gian đợc phát triển một cách thần kỳ dựa vào sự tiến bộ của công nghệ và nó trở nên thực sự hữu ích cho ngời ứng dụng. Những định nghĩa về HTTĐL trớc đây đã trở thành thực tiễn trên cơ sở ứng dụng trực tiếp chức năng phân tích không gian. Theo quan điểm hiện nay thì chức năng đó cần thiết phải có đối với một hệ thống đợc gọi là HTTĐL. Tất nhiên các chức năng có thể khác nhau đối với từng hệ thống song đối với một một hệ thống TTĐL sử dụng t liệu bản đồ thì chức năng đó là băt buộc. Với một hệ thống nh vậy thì các mô tả bằng lời có thể tổ chức thành các tham số riêng, các mô hình giải thích, dự báo đều có thẻ thực hiện trong chức năng xử lý không gian. 1.2.1. Sử dụng HTTĐL cho phân tích không gian Phân tích không gian HTTĐL Bao gồm ba hoạt động chính: Giải quyết các câu hỏi về thuộc tính, các câu hỏi về phân tích không gian và tạo nên tập dữ liệu mới từ cơ sở dữ liệu ban đầu. Mục tiêu của việc phân tích không gian là từ việc giải quyết các câu hỏi đơn giản về các hiện tợng, các vấn đề trong không gian, đi đến tập hợp thành các thuộc tính của một hay nhiều lớp và phân tích đợc sự liên quan giữa các dữ liệu ban đầu. Trong ứng dụng của HTTĐL, các đặc điểm và thuộc tính về không gian là rất phổ biến. Câu hỏi về thuộc tính (attribute query) có chứa đựng cả tích chất thông tin về không gian. Ví dụ: Trong cơ sở dữ liệu của một hành phố, ở đó mỗi mảng bản đồ đều có Code thuộc tính về sử dụng đất, một bảng thuộc tính đơn giản có thể yêu cầu liệt kê toàn bộ các mảng của các loại hình sử dụng đất có trong bản đồ. Bảng thuộc tính đó có thể tạo đợc mà không hề có sự tham khảo về các mảng trên bản đồ. Vì không có thông tin không gian đòi hỏi trả lời cho câu hỏi này nên bảng đó đợc xem nh là bảng thuộc tính (attribute query). http://www.ebook.edu.vn Trong ví dụ này, toàn bộ bảng thuộc tính có các Code của sử dụng đất đã đợc xác định. Các thông tin khác có thể đợc tạo nên ví dụ nh số mảng đơn vị (parcel) của loại hình sử dụng đất này, hoặc tổng diện tích của loại hình sử dụng đất này ở trong thành phố Tất nhiên những bài toán xử lý thông tin cho một lớp là cần thiết, song trong ứng dụng, việc xử lý thông tin của nhiều lớp cũng là công việc rất quan trọng và đòi hỏi nhiều công sức trong lập trình. Ví dụ gảii bài toán về 2 lớp không gian về tính toán diện tích của các loại hình sử dụng đất theo các cấp độ dốc khác nhau Những bài toán đó đặt ra đối với nhiều nội dung ứng dụng khác nhau mà những phần mềm chuyên tự động hóa bản đồ hay quản lý dữ liệu không đáp ứng đợc. Tất nhiên do mục đích của HTTĐL là tập trung vào xử lý không gian, nên một số chức năng của việc tự động hóa bản đồ hoặc tính toán thống kê chuyên đề thì có thể HTTĐL không đáp ứng đợc. 1.2.2. Một số vấn đề cơ bản trong xử lý không gian Xử lý thông tin trong một lớp: giải quyết các vấn đề về thuộc tính các đơn vị trong một lớp, đo đạc các giá trị, phân tích sự liên quan giữa các đơn vị trong một lớp bản đồ. Ví dụ xác định tên, tính diện tích, chu vi của từng khoanh vi bản đồ, xác định khoảng cách, tạo các vùng ảnh hởng (buffer zone). Xử lý thông tin nhiều lớp: chồng xếp hai hoặc nhiều lớp thông tin cho phép tạo ra nhiều đơn vị bản đồ mới trên cơ sở làm chi tiết hoá thông tin của từng phần trong một đơn vị bản đồ. Ví dụ hai lớp thực vật và đất khi chồng xếp sẽ cho bản đồ thực vật phân bố trên các loại đất khác nhau. Xử lý không gian: có thể có rất nhiều lớp thông tin mà xử lý không gian cần phải tính toán đợc mối quan hệ giữa chúng. Phân tích các mẫu điểm: một số đối tợng tự nhiên hoặc hiện tợng tự nhiên có sự phân bố bằng các điểm tập trung theo các quy luật nhất định. Ví dụ: phân bố của các đồng cỏ, hệ thống các điểm bố sụt cactor, phân bố của các loài động vật, thực vật quý hiếm Trong xử lý không gian, sự phân bố về những điểm đó cần đợc nhận diện và phân loại. Phân tích mạng: thiết lập một mạng hữu ích giữa các diện có sự phân bố khác nhau là một trong những chức năng xử lý không gian: ví dụ tạo tuyến xe bus gần nhất nối các điểm đón khách trong thành phố, mở một hệ thống đờng nối giữa các khu dân c, thiết kế một tuyến đờng ống dẫn dầu Tất nhiên khi thiết kế cụ thể lại phải bổ sung bằng một số thông tin khác nhau, ví dụ: địa hình, sử dụng đất Phân tích, xử lý theo ô lới (grid analysis). Bài toán xử lý ô lới rất phong phú, nó có thể ứng dụng cho nhiều ngành: ví dụ tính toán lan truyền ô nhiễm, lập các đờng đẳng trị, dự báo cháy rừng Phân tích xử lý nhiều lớp thông tin theo điều kiện. Đây là chức năng phức tạp và đa dạng nhất của xử lý không gian. Nhiều bài toán đợc áp dụng để biến đổi lớp thông tin ban đầu thành một hay nhiều lớp thông tin mới: ví dụ tính độ dốc, hớng dốc, tính mật độ, bài toán boolean, bài toán logic, các phép phân chia, tính căn bản đồ, những lớp thông tin mới. Vùng bên trong là phần không bao gồm đờng biên. Polygon là diện tích có vùng bên trong, một đờng viền bên ngoài, không có điểm giao cắt ở http://www.ebook.edu.vn bên trong và không có khoanh vi nào khác ở phía trong. Polygon phức tạp: là polygon có một hoặc nhiều khoanh vi khác ở bên trong. Có hai khái niệm đợc sử dụng bổ sung cho định nghĩa trên đó là pixels và ô lới đơn vị (grid cells) Pixel là đơn vị hình ảnh có hai kích thớc, nó là đơn vị nhỏ nhất của hình ảnh không thể chia nhỏ đợc. Ô lới đơn vị là đối tợng có hai kích thớc, thể hiện một yếu tố của một bề mặt có cấu trúc đều đặn bởi chúng. Những khái niệm nêu ở trên là do bản đồ số của Mỹ đa ra (National comitee for digital colorgaphic data standars - NCDCDS). Các khái niệm đó có thể đợc gọi khác đi,tùy theo sự thiết kế về tên gọi trong từng hệ thống phần mềm HTTĐL. 1.2.3. Các yếu tố cơ bản của thông tin không gian Việc phân tích trật tự và tổ hợp không gian yêu cầu phải có ba thuộc tính cơ bản sau: vị trí (location), dữ liệu thuộc tính (attribute data) và tính chất hình học (topology). Vị trí: là tính chất quan trọng mà mỗi đối tợng không gian phải có. Vị trí đợc xác định bởi tọa độ X và Y trên mặt phẳng ngang (caitesian). Dữ liệu thuộc tính: Cung cấp nhiều thông tin quan trọng về tính chát của đối tợng đợc nghiên cứu. Ví dụ bản đồ có các đặc điểm thì bảng thuộc tính phải nêu đợc tích chất các đặc điểm đó, ví dụ: giống cột điện hay hố nớc với các thông tin cụ thể cho từng loại. Dữ liệu hình học: đợc định nghĩa là mối quan hệ không gian giữa các yếu tố bản đồ. Trong trờng hợp các polygon, có những polygon lại nằm trong ranh giới của một polygon khác. Với các yếu tố đờng có, những đờng tạo nên bởi hai đoạn thẳng (segment) nối với nhau trực tiếp hoặc nối gián tiếp qua một đoạn thẳng thứ ba, hoặc hai đoạn thẳng hoàn toàn không nối với nhau. Với các điểm, các điểm có thể ở cách nhau những khoảng cách khác nhau. Nhìn chung, vị trí và dữ liệu thuộc tính là tơng đối dễ hiểu, song đặc điểm hình học thì hơi khó hình dung hơn. Có một số khái niệm và thuộc tính nh sau: Tiếp giáp (adjacency): hai polygon ở liền nhau thì đợc gọi là tiếp giáp với nhau. Khái niệm tiếp giáp đợc sử dụng khi phân tích sự liên quan của những yếu tố ở liền kề nhau. Ví dụ: giá của một miếng đất sẽ cao hơn giá trung bình của vùng nếu nh vùng đất đó nằm liền kề với công viên hoặc khu thơng mại Chứa đựng (containment): biểu thị một yếu tố nào đó nằm trong rang giới của một polygon. Mối quan hệ này cũng quan trọng khi phân tích mối liên quan giữa hai kiểu đối tợng. Ví dụ: một mảnh đất nằm trong vùng ngập lụt có thể phải mua bảo hiểm với giá cao hơn. Tiếp nối (connectivity): thể hiện cho hai đoạn thẳng đợc nối với nhau. Khái niệm tiếp nối đợc xem xét cho việc phân tích giao thông, tuyến đi để có thể tìm ra phơng án mở tuyến tốt nhất. Giao nhau (intersection): đợc xem là một dạng phức tạp trong mối quan hệ không gian của các yếu tố polygon. Giao cắt đối với polygon nghĩa là hai polygon có cùng chung một vùng, vùng này có tính chất thuộc về cả hai http://www.ebook.edu.vn polygon. Khi xử lý chồng xếp bản đồ thì vùng giao nhau không cần xem xét đến các tính chất hình học. Tuy nhiên thông dụng nhất là các vùng đợc bố trí tách biệt nhau trong cơ sở dữ liệu. Tóm lại, 3 yếu tố: vị trí, dữ liệu thuộc tính và đặc điểm của dữ liệu là rất quan trọng trong xử lý không gian. Tự động hóa bản đồ sẽ giúp ích cho việc trình bày và tổ chức dữ liệu không gian. Trong xử lý không gian, tổng hợp các đặc điểm về mối liên hệ không gian giữa các yếu tố bản đồ đợc xử lý bởi HTTĐL và nó cung cấp khả năng xử lý đồng thời cả ba yếu tố. Các đối tợng không gian đợc trình bày dới dạng đặc điểm về đờng, điểm, hoặc polygon. Mỗi một đặc điểm lại đợc thể hiện tập trung vào một số yêu cầu về mặt cơ sở dữ liệu. 1.2.4. Tổ chức dữ liệu không gian của HTTĐL Trong một HTTĐL điển hình, các đối tợng không gian đợc liên kết để nghiên cứu các hiện tợng thì nhất thiết phải đợc trình bày dới dạng bản đồ với mục đích thiết lập đợc mối liên quan không gian giữa chúng. Cả vị trí và thuộc tính đợc xử lý thông qua một loạt các chơng trình trong HTTĐL. Yêu cầu đầu tiên để việc tạo lập dữ liệu một cách có hiệu quả là các đối tợng đợc thể hiện ở ba yếu tố cơ bản là: điểm (point), đờng (line) và vùng (area hay polygon). Theo quan điểm của tổ chức quốc gia Mỹ về dữ liệu bản đồ số thì các yếu tố đó đợc giải thích nh sau. Điểm: là đối tợng có kích thớc bằng 0 về mặt hình học. Do đó các đối tợng điểm chỉ dùng để xác định vị trí. Điểm không có ý nghĩa trong việc đo về kích thớc. Mặc dù trên bản đồ, các điểm đợc biểu thị bằng kích th ớc khác nhau nhng diện tích của các điểm là không có ý nghĩa thực tế. Một số khái niệm về "điểm" nh sau: Điểm thực tế (entity point): dùng để xác định vị trí của các đối tợng dạng điểm nh: các toà nhà, các cột. Trờng hợp đó, xác định chính xác vị trí của các điểm là điều rất quan trọng. Điểm chỉ tên (label point) đợc sử dụng để hiển thị một tập hợp chữ viết cho các đối tợng bản đồ. Đối với những điểm nào thì độ chính xác của vị trí phụ thuộc vào quan niệm bản đồ học. Nghĩa là vị trí các điểm chỉ tên cho các đối tợng trên bản đồ đợc xác định sao cho không có sự lẫn lộn với nhau. Điểm có diện tích (area point) dùng để xã định một vị trí có thông tin về diện tích. Ví dụ có thể dùng điểm để thể hiện vị trí một quốc gia và độ lớn của điểm chứa đựng thông tin về đất nớc đó. Điểm giao nhau (node) thể hiện vị trí một diện với các dấu hiệu về hình học, ví dụ: nơi giao nhau hoặc điểm cuối của các yếu tố đờng. Các thông tin về điểm các một kích thớc trong phân tích không gian mặc dù chúng thể hiện cho các đối tợng có hai kích thớc ở trên bản đồ. Ví dụ: một điểm biểu thị cho 1 giếng, một điểm biểu thị cho một cột. Mặc dù diện tích mà giếng chiếm khác với diện tích của cột chiếm. Trong một bản đồ thì không thể nêu đợc diện tích mà giếng hoặc cột chiếm trên thực tế - do tỷ lệ bản đó không [...]... điều khiển một lớp thông tin và điều khiển lớp thông tin Điều khiển một lớp là xử lý các thông tin của một lớp trong một thời gian, còn điều khiển nhiều lớp là xử lý thông tin của nhiều lớp một cách đồng thời Theo kinh nghiêm áp dụng thì hai phơng thức này đợc xử lý hầu nh độc lập với nhau Phần lớn các áp dụng của HTTĐL đều xử lý thông tin một lớp trớc rồi mới thực hiện điều khiển (xử lý) cho nhiều lớp... vị trí của dữ liệu Một trong những hệ thống toạ độ rất quan trọng cho việc xử lý không gian cũng nh cho việc vẽ bản đồ là toạ độ lới (grid system) và hệ thống này đợc chấp nhận một cách rộng rãi và có giá trị tham khảo cho toàn bộ các hệ toạ độ khác Ngoài ra còn sử dụng hệ toạ dộ UTM (Universal Transverse Mercator projection) 1.4.1 hệ thống của toạ độ lới Trong hệ thống toạ độ lới, vị trí của một nơi... không áp dụng chung đợc trong xử lý không gian Hệ thống lới địa lý thờng đợc dùng để tham khảo chung về vĩ trí trên bề mặt trái đấi: vì hệ thống này xác định ví trí trên bề mặt cầu hơn là trên bề mặt phẳng và một đặc điểm chính của hệ thống là sự khác biệt với việc thể hiển một vị trí với hai chiều Do đó trong việc áp dụng chính xác thì vị trí phải đợc chuyển đổi về hệ thống toạ độ phẳng hai chiều Ba... việc phân tích không gian Hệ thống toạ độ sử dụng phải tiện lợi cho quá trình tổ chức dữ liệu và xử lý HTTĐL Khi xử lý nhiều nguồn dữ liệu với các hệ toạ độ khác nhau thì hệ thống phần mềm phải có khả năng chuyển đổi toạ độ một cách đa dạng Vì HTTĐL thờng sử dụng nhiều nguồn t liệu ở các hệ thống toạ độ khác nhau, phần mềm phải có khả năng thiết lập và chuyển đổi toạ độ vào hệ thống thờng đợc sử dụng... đợc sử dụng ở phạm vi nguyên lý từ khái quát đến cụ thể, còn cấu trúc là khái niệm mang tính chất kỹ thuật và minh hoạ một cách hệ thống về bản chất và sự liên hệ giữa các thành phần của CSDL Cấu trúc của dữ liệu Raster đợc sử dụng rộng rãi trong hệ xử lý ảnh và xử lý TTDL - raster, còn cấu trúc của dữ liệu vertor đợc sử dụng nhiều trong các hệ CAD (Computer Aided Decizion - Máy tính thiết kế trợ giúp),... nhất thiết phải đợc đặt trong một hệ thống toạ độ qui định Độ chính xác của vị trí tuỳ thuộc vào hệ thống toạ độ sử dụng và phơng thức tổ chức của các đối tợng lên bản đồ Bên canh đó, việc xử lý không gian thờng có tham khảo, sử dụng nhiều nguồn t liệu với các hệ thống toạ độ khác nhau, vì vậy độ chính xác của xử lý còn tuỳ thuộc vào khả năng chuyển đổi giữa các hệ thống toạ độ đó Một số yêu cầu cơ... việc tạo lập toạ độ trong xử lý không gian Trong khi đó, hệ thống toạ độ UTM (Universal Transver Mercator) lại đợc sử dụng rộng rãi trong HTTĐL do đó khắc phục đợc những hạn chế của hệ toạ độ lới Hệ lới chiếu UTM: hệ lới chiếu UTM có cơ sở là phép chiếu Mercator do cục địa chất Mỹ xây dựng đầu tiên cho một loạt các bản đồ ở vùng vĩ độ 7,5 phút, có phối hợp kiểm tra bằng hệ thống đo đạc nổi toàn năng... lu giữ dới dạng số CSDL có thể là không gian hoặc phi không gian Hệ thống quản lý CSDL (Database management System - DBMS) là tập hợp một số chức năng của phần mềm để lu giữ, bổ sung và thể hiện dữ liệu Các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu phi không gian hoặc không gian thờng tách biệt nhau Cũng có một số phần mềm tổ chức kết hợp để quản lý cả hai dạng dữ liệu hoặc cung cấp khả năng liên kết với các phần... cung trở thành mạng đợc thể hiện trong mạng giao thông (đờng sắt, đờng bộ, đờng không), mạng lới điện , mạng thông tin , mạng ống gas, ống nớc Các điểm nối trở thành các điểm nối, điểm dừng hoặc điểm giữa của mạng giống nh hệ thống chạc 3 hoặc hệ thống van một cổng dẫn Các điểm đó là nơi để dừng hoặc tiêp nhận các đối tợng hoặc đa ra các đối tợng cần lu thông , tơng tự các điểm dừng xe, bến đổ, nơi chuyển... trong polygone K 1 t xác định có một hay nhiều polygone nằm trong polygone K Các thông tin hình học bổ sung khác còn có thể là càn thiết đối với các polygone phức tạp.nhiều thông tin hình học có thể đợc bổ sung ngay trong những thông tin về đờng hoặc đợc làm đơn giản hoá đi Ví dụ: hai polygone nằm liền kề thì phải có thêm thông tin về một đoạn thẳng chung ở giữa làm biên giới giữ hai polygone 1.3 Các mô . lớp thông tin. Trong hơn một thập kỷ qua, hệ thống thông tin địa lý đã đợc phát triển mạnh mẽ và ngày càng thêm hoàn thiện. Với những u thế của mình, hệ thông tin địa l - geographical information. http://www.ebook.edu.vn Hệ thống thông tin địa lý - GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEM Các kỹ thuật phân tích không gian (spatial analytical technicques). các thông tin trên bản đồ, cùng các thuộc tính của chúng, đồng thời có thể đa ra các tính toán dự báo. 1.1. Các khái niệm cơ bản về HTTĐL 1.1.1. Định nghĩa Hệ thông tin địa lý (HTTĐL )- Geographical